(57)【要約】【課題】  エアゾールの密度を安定化するための装置及び方法を提供する。【解決手段】  エアゾール流入用導管と、流入されたエアゾールを前進させるための圧力調節部と、エアゾール輸送用導管により圧力調節部と連結され、前進したエアゾールが前記エアゾール輸送用導管を介して達するとエアゾールの混合がなされる、導管に比べてその断面積がより大きいバッファと、前記バッファに存在するエアゾールの一部をバッファ以前の導管にフィードバックさせるための、前記バッファをバッファ以前の導管と連結するフィードバック用導管と、前記バッファから均一に混合されたエアゾールを流出させるためのエアゾール流出用導管とを含む、生成エアゾールの密度を安定化するための装置、及びかかる装置と同じ原理のエアゾールの密度を安定化する方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアゾール流入用導管と、
流入されたエアゾールを前進させるための圧力調節部と、
エアゾール輸送用導管により前記圧力調節部と連結され、前進したエアゾールが前記エアゾール輸送用導管を介して達するとエアゾールの混合がなされる、導管に比べて断面積がより大きいバッファと、
前記バッファに存在するエアゾールの一部を前記バッファ以前の導管にフィードバックさせるための、前記バッファをバッファ以前の導管と連結するフィードバック用導管と、
前記バッファから均一に混合されたエアゾールを流出させるためのエアゾール流出用導管とを含む、生成エアゾールの密度を安定化するための装置。
【請求項２】
前記圧力調節部は、ベンチュリー管からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バッファの容量は、流入されるエアゾールの密度変動周期の０．１ないし１００倍の時間、前記エアゾール流入用導管及びエアゾール輸送用導管を通り過ぎるエアゾールの体積に該当することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
エアゾールを導管に流入させる段階と、
流入されたエアゾールを圧力調節装置により導管を介して前進させる段階と、
導管を介して前進したエアゾールを導管に比べて断面積がより大きいバッファに流入させる段階と、
前記バッファ内のエアゾールの一部をバッファ以前の導管にフィードバックさせてバッファ以前のエアゾールと混合する段階と、
前記フィードバックされて混合されたエアゾールをバッファに流入させる段階と、
バッファ内の混合されたエアゾールを流出させる段階とを含む、生成エアゾールの密度を安定化する方法。
【請求項５】
前記圧力調節装置は、ベンチュリー管であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記バッファの容量は、流入されるエアゾールの密度変動周期の０．１ないし１００倍の時間、前記導管を通り過ぎるエアゾールの体積に該当することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６に記載の方法で密度が安定化されたエアゾールをナノ粒子の製造に使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアゾールの生成時間の差によって変化するエアゾールの密度を経時的に均一にするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、固体状のパウダーまたは液体を利用してエアゾールを作るために多様な方法が使われている。特に、固体状のパウダーをエアゾール状にするための方法は、流動化ベッド（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  ｂｅｄ）方法、シリンダ状にパックキングされたパウダーを引っかき出す方法などさまざまに試みられている。パウダーを用いてエアゾールを生成するにあたって、エアゾール内に含まれたパウダーの密度を一定に保持するためには、原料パウダーを一定に供給し、供給されたパウダーを効率的にエアゾール状に転換させることが要求される。
【０００３】
しかし、現在試みられているエアゾール形成方法によれば、時間ごとに生成されるエアゾールの密度は一定でない。詳細に説明すれば、現在試みられているエアゾールの形成方法によれば、その特性上、長時間にわたって計算される平均的な密度を一定に保持することはあるが、短時間内に発生する経時的な密度安定性を達成することは非常に困難である。
エアゾールを使用する工程では、エアゾールに含まれた固体状のパウダーまたは液状の液滴が工程の原料として使われるのが一般的である。従って、エアゾールの密度は工程で使われる原料の量に該当する。従って、エアゾールの密度を安定化させて原料の量を経時的に均一にさせるのは、安定した工程を確保するために非常に重要な過程である。
従って、かかるエアゾール生成時間によって変わるエアゾールの密度を安定化させる方法が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、エアゾールの生成時点によって差が出る生成エアゾールの密度を安定化するところにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、エアゾールの生成時点によって差が出る生成エアゾールの密度を安定化するための方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために本発明は、エアゾール流入用導管と、流入されたエアゾールを前進させるための圧力調節部と、エアゾール輸送用導管により前記圧力調節部と連結され、前進したエアゾールが前記エアゾール輸送用導管を介して達するとエアゾールの混合がなされる、導管に比べてその断面積がより大きいバッファと、前記バッファに存在するエアゾールの一部をバッファ以前の導管にフィードバックさせるための、前記バッファをバッファ以前の導管と連結するフィードバック用導管と、前記バッファから均一に混合されたエアゾールを流出させるためのエアゾール流出用導管とを含む、生成エアゾールの密度を安定化するための装置を提供する。
前記圧力調節部としては、ベンチュリー管を使用でき、前記ベンチュリー管の圧力は前記バッファでの圧力より低くなければならない。
【０００６】
前記バッファの容量は、流入されるエアゾールの密度変動周期の０．１ないし１００倍の時間、前記エアゾール流入用導管及びエアゾール輸送用導管を通り過ぎるエアゾールの体積に該当することが望ましい。
【０００７】
前記他の課題を解決するために本発明は、エアゾールを導管に流入させる段階と、流入されたエアゾールを圧力調節部を経て導管を介して前進させる段階と、導管を介して前進したエアゾールを導管に比べて断面積がより大きいバッファに流入させる段階と、前記バッファ内のエアゾールの一部をバッファ以前の導管にフィードバックさせてバッファ以前のエアゾールと混合する段階と、前記フィードバックされて混合されたエアゾールを再びバッファに流入させる段階と、バッファ内の混合されたエアゾールを流出させる段階とを含む、生成エアゾールの密度を安定化する方法を提供する。
【０００８】
前記生成エアゾールの密度を安定化するための装置でのように、前記圧力調節部はベンチュリー管であることが望ましく、前記ベンチュリー管の圧力は前記バッファでの圧力より低いことを特徴とする。
【０００９】
前記バッファの容量はまた、流入されるエアゾールの密度変動周期の０．１ないし１００倍の時間、前記導管を通り過ぎるエアゾールの体積に該当することが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エアゾール生成装置に本発明のエアゾール密度安定化装置のような簡単な装置を追加することによって、生成エアゾールの不均一密度を、エアゾールの損失や特性低下がほとんどなく、長時間のみではなくして短時間でも安定的に一定に保持させられる。これにより、安定化されたエアゾールを材料に使用し、ナノ粒子の製造を行う場合に均一な特性を有するナノ粒子の製造を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のエアゾールを安定化するための装置は、密度差の生じた生成エアゾールの密度を経時的に平均化させ、エアゾールが常に均一な密度を保持できるようにする装置である。
【００１２】
本発明のエアゾールの密度を安定化するための装置の一具現例の模式図を図１に示した。
【００１３】
本発明のエアゾールの密度を安定化するための装置で、生成エアゾールは、エアゾール流入用導管１を介して流入される。ここで、生成エアゾールは、エアゾールの生成時点によって周期的にその密度の変動が起きるか、または周期的ではないにしても経時的にその密度の変動が起きるエアゾールである。
エアゾール流入用導管１を介して流入されたエアゾールは、圧力調節部２とバッファ４とをつなぐエアゾール輸送用導管３を介して前進が可能である。前記圧力調節部２としては、ベンチュリー管が使用され、これ以外にも当技術分野で公知の多様な推進装置が使われうる。前記ベンチュリー管の圧力は、バッファ４の圧力より低くなければならない。
【００１４】
導管３を介して前進したエアゾールは、バッファ４に流入される。バッファ４は、エアゾール流入用導管１やエアゾール輸送用導管３といった、エアゾールを運搬するために使われる通常の導管に比べてエアゾールの進行方向に対して垂直に管を切断した際の断面積がより大きいことを特徴とする。断面積は顕著に大きいことが好ましい。エアゾール輸送用導管３の断面積とバッファ４の断面積との好ましい比はエアゾールの種類、エアゾールの流量、エアゾールの流速、および温度などにより異なるため、予め、異なる比で実際に実験を行ったり、流体解析ソフトを用いたシミュレーションを行ったりすることにより適宜決定することができる。一般的なサイズのエアゾール輸送用導管３を介してエアゾールが流れていた場合には、エアゾールは生成時点別に密度が異なっているが、密度において違いのあったエアゾールが、急に体積が大きいバッファ４に達すると、バッファ４において密度の異なるエアゾールが互いに混合することで、相当量の体積のエアゾールが均一な密度になる。バッファ４で均一な密度になったエアゾールは、バッファ４から一般的なサイズのエアゾール流出用導管６に沿って流れることにより、一定密度を有する安定化されたエアゾールが得られる。前記バッファ４の容量は、流入されるエアゾールの密度変動周期の０．１ないし１００倍の時間、前記エアゾール流入用導管１及び前記エアゾール輸送用導管３を通り過ぎるエアゾールの体積に該当するのが望ましい。
【００１５】
その上、前記バッファ４内に存在するエアゾールは、その一部がフィードバック用導管５を経てバッファ４以前の導管である、エアゾール流入用導管１、圧力調整部２またはエアゾール輸送用導管３に移動し、バッファ４以前のエアゾールと混合するようになる。図１に示すように、フィードバック用導管５を圧力調整部２と連結すると、圧力調整部２の形状を調節することにより、フィードバックされたエアゾールを自動的にエアゾール輸送用導管３に移動させることができるため好ましい。これにより、エアゾールの混合がさらに効果的になされるだけではなく、バッファ４内部に存在する流量が増えることにより、バッファ４でエアゾールの流速が速まるようになり、その結果、エアゾール内のパウダーまたは液滴が沈着することを防止できる。かかる効果は、フィードバックを行うことにより、バッファ４内のエアゾール流量が部分的に増えることによって得られる。フィードバック用導管５に沿ってバッファ４以前の導管にフィードバックされたエアゾールは、バッファ４で混合される過程を再び経て、流出用導管６に抜け出る。フィードバック用導管５に沿ってフィードバックされるエアゾールの量は適宜決定される。
【００１６】
本発明はまた、前記のように生成エアゾールの密度を安定化する方法を提供し、これは先に詳細に説明したエアゾールの密度を安定化するための装置の原理と同一である。かかる方法により密度が均一に安定化されたエアゾールは、ナノ粒子の製造に使われうる。一般的に、固体状のパウダーまたは液状の液滴を含むエアゾールは、ナノ粒子製造工程で原料として使われうる。例えば、固体状のパウダーを含むエアゾールをレーザーアブレーション（Ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ）することによってナノ粒子を製造できる。この場合、ナノ粒子のサイズは、レーザーの条件、圧力などと共に、固体状のパウダーの密度によって大きく左右される。従って、均一サイズのナノ粒子を製造するために、均一密度を有するエアゾールを供給することが非常に重要である。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例を介して一層詳細に説明する。しかし、これらの実施例は本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１８】
（比較例１）
窒素ガスにシリコンパウダーの混ざっているエアゾールを通常の方法で製造した。エアゾールは、シリコンパウダーに圧力を加えて円筒のケーキ状にした後、これを少しずつかき出しつつ窒素ガスに混ぜる方式で製造した。シリコンパウダーの平均サイズを１ミクロンとし、窒素ガスの流量は１分当たり１リットルとして使用した。エアゾール製造装置としては、ＷｒｉｇｈｔＩＩ（ＢＧＩ  Ｉｎｃ．製）を使用した。エアゾールを輸送するための導管は、直径が０．６３５ｃｍ（１／４インチ）のステンレススチールチューブを用いた。
【００１９】
以上のような方法で製造されたエアゾールの密度をライトスキャッタリング（ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）方法で測定した。エアゾールの製造時に、パウダー供給量を増やしていきつつ測定し、そうして測定された平均エアゾール密度を図２のグラフに示した。また、１０分間毎秒測定したエアゾール密度の標準偏差をエラーバーで示した。
【００２０】
図２の結果によれば、パウダーの供給量が増えるにつれてエアゾール密度が高まることが分かる。
【００２１】
（実施例１）
比較例１と同じ方法で製造されたエアゾールを、本発明のエアゾールの密度を安定化するための装置を使用して安定化させた後でその密度を測定した。比較例１と同じ条件でその密度を測定し、本発明の装置を使用するにあたって０．７リットルの体積と８０ｃｍ２の断面積とを有するバッファ４を使用した。また、エアゾールは５０％をバッファからフィードバックした。エアゾール輸送用導管は、直径が０．６３５ｃｍ（１／４インチ）のステンレススチールチューブを用いた。そうして測定された結果を図３のグラフで示した。また、前記比較例１のように１０分間毎秒測定したエアゾール密度の標準偏差をエラーバーで示した。
【００２２】
図２及び図３のグラフを比較すると、同量のパウダーを供給する場合、図３の場合が図２の場合に比べてエラーバーの長さが顕著に短くなったことが確認できる。これは、本発明の装置を使用することによってエアゾール密度の経時的な変動が減少し、安定化されたことを示す。
【００２３】
０．２８ＲＰＭでパウダーを供給する場合には、平均エアゾール密度が実施例１の場合が比較例１の場合に比べて若干減少することが観察されたが、パウダー供給量が少ない場合には、平均エアゾール密度の減少もほとんどないことが分かる。従って、本発明の装置を使用することにより、平均エアゾール密度の顕著な減少なくエアゾール密度の経時的な変動を減少させてエアゾールを安定化させられることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のエアゾールの密度を安定化するための装置及び方法は、例えばナノ粒子の製造に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のエアゾールの密度を安定化するための装置の一具現例の模式図である。
【図２】一般的な方法で製造したエアゾールを本発明のエアゾールの密度安定化装置を経ずに、エアゾールの平均密度を変化させつつ測定したグラフである。
【図３】一般的な方法で製造したエアゾールを本発明のエアゾールの密度安定化装置を利用して安定化させ、エアゾールの平均密度を変化させつつ測定したグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１    エアゾール流入用導管
２    圧力調節部
３    エアゾール輸送用導管
４    バッファ
５    フィードバック用導管
【図１】
2005177748.tif 000003
【図２】
2005177748.tif 000004
【図３】
2005177748.tif 000005